철근 콘트리트조 4층 골조건물을 대상으로 가진기를 이용한 강제진동 (Forced vibration) 실험 및 상시미진동 (Ambient vibration) 계측을 실시하였다. 실험건물은 내부는 연직하중지지를 위한 내부의 포스트텐션 무량판-기둥구조와 횡하중 지지를 위한 외부의 모멘트골조로 이루어져 있으며, 1994년 노스리지 지진에 의해 내부골조에는 기둥주두 경계면을 따라 슬래브에 펀칭파괴가 일어났으며, 외부골조에는 보-기둥접합부의 대각선 균열 및 콘크리트 박락과 같은 상당한 구조적 손상을 입었다. 본 실험에서는 다수의 고성능의 ...
철근 콘트리트조 4층 골조건물을 대상으로 가진기를 이용한 강제진동 (Forced vibration) 실험 및 상시미진동 (Ambient vibration) 계측을 실시하였다. 실험건물은 내부는 연직하중지지를 위한 내부의 포스트텐션 무량판-기둥구조와 횡하중 지지를 위한 외부의 모멘트골조로 이루어져 있으며, 1994년 노스리지 지진에 의해 내부골조에는 기둥주두 경계면을 따라 슬래브에 펀칭파괴가 일어났으며, 외부골조에는 보-기둥접합부의 대각선 균열 및 콘크리트 박락과 같은 상당한 구조적 손상을 입었다. 본 실험에서는 다수의 고성능의 가속도계 및 무선데이터송수신이 가능한 데이터로거, 변위측정기, 콘크리트 변형게이지를 이용하여 가속도응답, 층간변위, 바닥판과 기둥부재의 곡률분포 등 노이즈가 적고 공간적인 밀도가 높은 실험데이터를 계측하였다. 강제진동실험에서는 두 대의 대용량 편심가진기와 넓은 주파주대역의 가진이 가능한 선형가진기 등의 두 종류의 가진기가 사용되었다. 선형가진기는 구조물동정 (System identification) 기법을 이용한 동적특성규명에 효과적인 넓은 주파수대역의 가속도응답을 얻기 위해 사용되었으며, 두 대의 대용량 편심가진기를 동조시켜 얻은 고진폭의 응답변위 하에서 바닥판과 기둥부재의 곡률분포와 같은 구조요소레벨의 응답 및 층간변위와 가속도 응답과 같은 구조시스템레벨의 응답을 계측하였다. 또한 이러한 큰 진폭의 가력에 의해 구조물의 동적특성이 변화하였는지 검사하기 위해 강제가진실험 전후로 상시미진동을 측정하였다. 구조물동정기법을 이용한 실험데이터분석 결과, 편심가진기를 사용하여 얻은 진폭이 큰 진동의 고유진동수는 상시진동시의 고유진동수에 비해 25% ~30% 정도 낮았으며, 선형가진기 가진시의 결과에 비해 7% ~ 8% 정도 낮았다. 고유진동수 저하의 비율은 건물의 각 방향에서 달랐는데, 남북방향의 진동수가 다른 방향에 비해 강제가진시 더 많이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 지진에 의해 남북방향의 강성에 기여하는 구조요소에서 손상이 컸던 사실과 연관이 있는 것으로 보여진다. 또한, 강제가진이후 상시진동의 고유진동수는 이전에 비해 3% 정도 낮아졌다. 계측된 실험결과와 부합하는 실험건물의 최적유한요소해석모델을 얻기 위해 주파수응답함수 및 고유치를 이용하는 새로운 유한요소모델개선 (model updating)기법을 개발하였다. 개발된 방법은 각 변수의 민감도와 경계치최소자승법 (BVLS)을 이용한 최적화기법에 기초한 것으로 수치적인 안정성 및 수렴성을 개선하기 위해 변수들의 물리적인 한계치 및 각 변수에 대한 민감도벡터 사이의 상관계수에 근거한 조건 등 두 종류의 제약조건을 추가하였다. 최적유한요소모델은 설계도면과 재료실험을 통해 얻은 초기해석모델로부터 각 층의 질량치, 각 모드의 감쇠비, 그리고 건물의 각 방향별 구조요소의 휨강성비를 변수로 선택하고 개발된 모델개선기법을 적용하여 얻었다. 이렇게 얻어진 유한요소모델은 실험결과를 상당히 정확히 재생할 수 있었으며 이 모델의 구조요소의 휨강성 분포는 실제건물에서 관찰된 구조요소의 손상부위와 부합하는 결과를 보였다. 선형가진기를 사용하여 탄성범위 내에서 지진시의 건물거동을 모사할 수 있는 실험법(LSSS; Linear Shaker Seismic Simulation) 을 개발하였다. 이 실험법에서는 지반진동을 건물의 상층부에 위치한 선형가진기의 입력치로 변환하는 방법, 그리고 이 때 가진기와 건물의 상호작용(control-structure interaction)에 의한 오차를 보정하는 방법 등 두 가지의 문제가 다루어졌다.
철근 콘트리트조 4층 골조건물을 대상으로 가진기를 이용한 강제진동 (Forced vibration) 실험 및 상시미진동 (Ambient vibration) 계측을 실시하였다. 실험건물은 내부는 연직하중지지를 위한 내부의 포스트텐션 무량판-기둥구조와 횡하중 지지를 위한 외부의 모멘트골조로 이루어져 있으며, 1994년 노스리지 지진에 의해 내부골조에는 기둥주두 경계면을 따라 슬래브에 펀칭파괴가 일어났으며, 외부골조에는 보-기둥접합부의 대각선 균열 및 콘크리트 박락과 같은 상당한 구조적 손상을 입었다. 본 실험에서는 다수의 고성능의 가속도계 및 무선데이터송수신이 가능한 데이터로거, 변위측정기, 콘크리트 변형게이지를 이용하여 가속도응답, 층간변위, 바닥판과 기둥부재의 곡률분포 등 노이즈가 적고 공간적인 밀도가 높은 실험데이터를 계측하였다. 강제진동실험에서는 두 대의 대용량 편심가진기와 넓은 주파주대역의 가진이 가능한 선형가진기 등의 두 종류의 가진기가 사용되었다. 선형가진기는 구조물동정 (System identification) 기법을 이용한 동적특성규명에 효과적인 넓은 주파수대역의 가속도응답을 얻기 위해 사용되었으며, 두 대의 대용량 편심가진기를 동조시켜 얻은 고진폭의 응답변위 하에서 바닥판과 기둥부재의 곡률분포와 같은 구조요소레벨의 응답 및 층간변위와 가속도 응답과 같은 구조시스템레벨의 응답을 계측하였다. 또한 이러한 큰 진폭의 가력에 의해 구조물의 동적특성이 변화하였는지 검사하기 위해 강제가진실험 전후로 상시미진동을 측정하였다. 구조물동정기법을 이용한 실험데이터분석 결과, 편심가진기를 사용하여 얻은 진폭이 큰 진동의 고유진동수는 상시진동시의 고유진동수에 비해 25% ~30% 정도 낮았으며, 선형가진기 가진시의 결과에 비해 7% ~ 8% 정도 낮았다. 고유진동수 저하의 비율은 건물의 각 방향에서 달랐는데, 남북방향의 진동수가 다른 방향에 비해 강제가진시 더 많이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 지진에 의해 남북방향의 강성에 기여하는 구조요소에서 손상이 컸던 사실과 연관이 있는 것으로 보여진다. 또한, 강제가진이후 상시진동의 고유진동수는 이전에 비해 3% 정도 낮아졌다. 계측된 실험결과와 부합하는 실험건물의 최적유한요소해석모델을 얻기 위해 주파수응답함수 및 고유치를 이용하는 새로운 유한요소모델개선 (model updating)기법을 개발하였다. 개발된 방법은 각 변수의 민감도와 경계치최소자승법 (BVLS)을 이용한 최적화기법에 기초한 것으로 수치적인 안정성 및 수렴성을 개선하기 위해 변수들의 물리적인 한계치 및 각 변수에 대한 민감도벡터 사이의 상관계수에 근거한 조건 등 두 종류의 제약조건을 추가하였다. 최적유한요소모델은 설계도면과 재료실험을 통해 얻은 초기해석모델로부터 각 층의 질량치, 각 모드의 감쇠비, 그리고 건물의 각 방향별 구조요소의 휨강성비를 변수로 선택하고 개발된 모델개선기법을 적용하여 얻었다. 이렇게 얻어진 유한요소모델은 실험결과를 상당히 정확히 재생할 수 있었으며 이 모델의 구조요소의 휨강성 분포는 실제건물에서 관찰된 구조요소의 손상부위와 부합하는 결과를 보였다. 선형가진기를 사용하여 탄성범위 내에서 지진시의 건물거동을 모사할 수 있는 실험법(LSSS; Linear Shaker Seismic Simulation) 을 개발하였다. 이 실험법에서는 지반진동을 건물의 상층부에 위치한 선형가진기의 입력치로 변환하는 방법, 그리고 이 때 가진기와 건물의 상호작용(control-structure interaction)에 의한 오차를 보정하는 방법 등 두 가지의 문제가 다루어졌다.
A series of force vibration tests and ambient vibration measurements were performed on a four-story reinforced concrete building, which was damaged in the 1994 Northridge earthquake. A unique dataset of low noise, high-density spatial resolution and low to moderate amplitude vibration was produced. ...
A series of force vibration tests and ambient vibration measurements were performed on a four-story reinforced concrete building, which was damaged in the 1994 Northridge earthquake. A unique dataset of low noise, high-density spatial resolution and low to moderate amplitude vibration was produced. Broadband low-amplitude vibrations from the linear shaker excitation were collected for an efficient assessment of modal properties of the test building. During relatively high-amplitude sinusoidal vibrations obtained by synchronized operation of two large capacity eccentric mass shakers, local behaviors of some structural members(curvature distributions of floor slabs and columns) as well as the global structural response (interstory drifts and story accelerations) were monitored. In addition to forced vibration testing, ambient vibrations were measured before and after each test to investigate potential drifts of modal properties resulting from the forced vibrations. Detailed system identification analyses as well as investigations of detailed component behavior were conducted using collected data for accurate characterization of the building properties. A FE model updating procedure using both frequency response function and modal data was implemented. To enhance the numerical stability and convergence, absolute and relative constraints as well as weighting factors were added to the conventional iterative least-squares solution procedure. Using implemented updating procedure, a FE model for the test building capable of reproducing experimental results accurately and consistent with observed building damage was obtained. A testing method to induce seismic excitations that are consistent with earthquake induced shaking at the structure base was proposed. This testing method uses linear shaker for simulation, and addressed two challenges associated with implementation in the context of linear elastic seismic response for structures. These challenges were (a) identifying a linear shaker input motion which produces a structural response similar to that of the building shaken from the base by an actual earthquake, and (b) pre-correcting the input motion to account for control-structure interaction effects.
A series of force vibration tests and ambient vibration measurements were performed on a four-story reinforced concrete building, which was damaged in the 1994 Northridge earthquake. A unique dataset of low noise, high-density spatial resolution and low to moderate amplitude vibration was produced. Broadband low-amplitude vibrations from the linear shaker excitation were collected for an efficient assessment of modal properties of the test building. During relatively high-amplitude sinusoidal vibrations obtained by synchronized operation of two large capacity eccentric mass shakers, local behaviors of some structural members(curvature distributions of floor slabs and columns) as well as the global structural response (interstory drifts and story accelerations) were monitored. In addition to forced vibration testing, ambient vibrations were measured before and after each test to investigate potential drifts of modal properties resulting from the forced vibrations. Detailed system identification analyses as well as investigations of detailed component behavior were conducted using collected data for accurate characterization of the building properties. A FE model updating procedure using both frequency response function and modal data was implemented. To enhance the numerical stability and convergence, absolute and relative constraints as well as weighting factors were added to the conventional iterative least-squares solution procedure. Using implemented updating procedure, a FE model for the test building capable of reproducing experimental results accurately and consistent with observed building damage was obtained. A testing method to induce seismic excitations that are consistent with earthquake induced shaking at the structure base was proposed. This testing method uses linear shaker for simulation, and addressed two challenges associated with implementation in the context of linear elastic seismic response for structures. These challenges were (a) identifying a linear shaker input motion which produces a structural response similar to that of the building shaken from the base by an actual earthquake, and (b) pre-correcting the input motion to account for control-structure interaction effects.
주제어
#vibration testin analytical modeling frame building
학위논문 정보
저자
유은종
학위수여기관
University of California
학위구분
국외박사
학과
Civil Engineering
발행연도
2005
총페이지
xxi, 235p.
키워드
vibration testin analytical modeling frame building
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